Устройство для защиты преобразователя

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветснихСоциалистическихРеспублин К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Н 02 Н 7/12 Н 02 М 1/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.925.4(088,8) Дата опубликования описания 15. 11.82(71) 3ЗаявителиПавлодарский индустриальный институти Производственное объединение Экибастузуголь(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗЩИЮ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Изобретение относится к преоб-, разовательной технике, а именно к устройствам защиты вентильных преобразователейИзвестно устройство для защиты преобразователя, в котором между преобразователем и нагрузкой включены дроссель и тиристорный ключ с принудительной коммутацией 113.Однако такое устройство обладает ограниченной надежностью и практически не обеспечивает защиту преобразователя при коротких зажканиях в нагрузке и перегрузке.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому.эффекту является устройство для защиты преобразователя, содержащее обатно включенный диод, подсоединейнный анодом к одной из клемм для подключения нагрузки, вторая клемма для подключения которой подсоединена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преобразователя, цепь из последовательно соединенных источника опорного напряжения,. дросселя и тиристорного ключа спринудительной коммутацией, подключенную соответственно к катоду и аноду диода, и блок управления источником опорно" го напряжения, выход которого подсоединен к управляющему входу источника 21.5 Такое устройство по сравнению сописанным обладает более высокой на.дежностью, практически исключаетвоздействие аварийных токов на силоные элементы дорогостоящих пре обраэонателей и на нагрузку и, следовательно, предотвращает выход ихиз строя при коротких замыканиях итоковых перегрузках.Недостатком этого устройства является пониженная экономичность,обусловленная тем, что независимоот величины тока нагрузки потребление электрической энергии устройствомзащиты неизменное. Это приводит кснижению КПД электроустановки н целом н режимах загрузки преобразователя по току меньше номинального.Целью изобретения является снижение потерь мощности.Поставленная цель достигается тем,что устройство снабжено блоком задания установки и датчиком тока,подсоединенным своими входами конторой ныходной клемме преобразователя и к катоду диода, а выход датчикатока подключен через блок заданияустановки ко входу блока управленияисточциком опорного цапрл".сепия.ДПТЧИК тоСсз МОжЕ Г быть цЫПОЛНЕНца основе эакреплеццбго ца диэлектрической пластине магцитодисда с последовательно ссепинеее 1 м первым резис-,тором и операционного усилителя, инвертирующцй вход которого подсоединен к катоду магнитодиода и черезвторой резистор - к его выходу, анеинвертирующий вход усилителя подсоединен через третий резистор кобщей шине, причем анод магнитодиода соединен с клеммой длл подключения ис тс шика питац.л и е связан-,ный с магнитодиодом второй выводпервого резистора соедин ен с клеммой,цля подсоединен и я ис го е и касмещен и я .Датчик тока, кроме того, можетбыть выполнен на основе закрепленнойна диэлектрической пластине цепи Мпоследовательно соединенных магнитоуправляемых контактов, вход которойподсоединен к клемме для подключения источника тока и выход подсоединен через первый резистор к инвертируощему входу операционного усилителя, подсоединенному через второйрезистор к выходу усилителя, неиц -нертирующий вход которогс через резистор подсоединен к обей шине,причем параллельно есаэсдсму магцитоуправляемому:контакту, начиная совторого, подсоединен резистор,Кроме того, магнитоупранляемыеконтакты датчика тока могут бытьподсоединены одними выводами к клемме для подключения источника тока ивторыми - к первым выводам резистора, вторые выноды которых подсоединены к инвертирующему входу операционного усилителя.Пластина с магнитоуправляемымиконтактами может быть закрепленана штоке из диэлектрика, снабженноммеханизмом регулирования угла,Блок задания устанки может бытьвыполнен на операциоцном усилителе,инвертирующий вход которого подсоединен через первый резистор к выходной клемме и через цепь из параллельно соединенных второго резистора истабилитрона - к его выходу, а неинвертирующий вход усилителя подсоединен через третий резисгор к общейЩине и через четвертый резистор - кфвижку пятого переменного резистора,выводы которого подсоединены к клеммам для подключения источников питания,На фиг.1 представлено устройстводля защиты преобразователя,Между преобразователе 1 и нагрузкой 2 подсоединен обратно включенный диод 3 по отношению к токуна выходе преобразователя. Параллель 5 10 15 20 5 30 35 40 45 50 55 бО но диоду 3 подключена цепь иэ последсательеО соединенных е.с:точника опорного напряжения 4, дрсс.еэя б и ти -Р с. т сэ 1 э 1 с ГО с Ую сс 1 с и 1 э и еУ Де т Рл Ь 1 сэ йкоммутацией 7, причем элементы 3 и 4включены согласно. Датчик тока 8 установлен ца выходе преобразователя 1и подключен к блоку задания уставки9, ныход которого подключен к входублока управления 5 источника опорного напряжения 4,При нормальной работе пресбраэонателЯ 1 ток 1 а его ныхоДе 1 п Равентоку нагрузки 1, и меньше тока срабэатывсэи 5:ашить 1; с (1 л =-11 с, )В этом режиме опорный ток 1 большетока нагрузки па всличицу с 5=-1 а - 1.С выхода датчика тока 3, ссэ 1 сээ:е мс -жет быть как аналоговым, так и циФроным, поступает сигал на вхсл блока задания уставси 9, В блоке 9 этотсигнал суммируется с сигналом, лропорциОеальным превышееиеа Опс 1 энОГО токанад током нагрузки, Суммарный сигнал с ныхода блока 9 подается ца входблока управления 5 источника спорного напряжения 4, Величина спсрцсготока определяется величиной суммарного сигнала.Следовательно, при изменении тока нагрузки в пределах от О до 1,.эопорный ток изменяется от е 1 дс 1При использовании аналоговогодатчика а 1 неизменна, Поэтому ссрный ток опРелелЯетсл 1 а,.=Кэгде К- 1 ссэФФициент уставки,Зависимости 1 аа и 1 ц От -н(1 с. зпоказаны на Фиг.2,При использовании циФрсвогс датчика тока аналогичные зависимостипоказаны на Фиг.3. Если ток нагрузкиравен нулю, опорный ток может превышать д 1 и, в частном случае, равняться 21.Обязательным условием надежнойработы устройстна является то, чтоскорость изменения опорного токадолжна быть равной или больше скорости изменения тока нагрузкиси /аэ,31,/с)г,При перегрузке или коротком эамыкации в нагрузке или ца входе нагрузки ток преобразснателя станонится больше опорного и диод 3 эаирается, Ток преобразователя увеличивается по шунтирующей цепи, причемСКОРОСТЬ ЕГО НаРаетаНИЯ ОГРаИсИВа -ется дросселем б, Затем шуцтирующал цепь разрывается тиристсрнымключем с принудительной коммутацией7 и ток и цепи преобразователя прекращается.Иэ ацслиза рабсты схемы Фиг,и зависимостей фиг.2 и 3) видно,что н предлагаемом устройс:т;е принормальной его работе дсстиается с;нижецие потрсПленил устрсйсэ Оиэлектроэнергии. Потребляемая устройством электрическая энергия зависит от величины опорного тока,При изменении тока преобразователя в широких пределах в соответствии с ним изменяется и опорный ток, 5а следовательно, и потребляемаяэлектроэнергия, В известном устройстве с неизменным опорным током,равным току срабатывания защиты,потребление электроэнергии неизменное и максимальное, что суцтественноснижает КПД электроустановки в целом,На фиг.2 и 3 заштрихованные области соответствуют снижению потребления 15электроэнергии устройством. Очевидно, что чем меньше нагрузка, темменьше потери электрической яоцности.На Фиг.4 и 5 представлен датчиктока 8, выполненный на магнитодиоде с применением операционного усилителя.Выход операционного усилителя 11через резистор отрицательной обратнойсвязи 12 подключен к инвертирующему 25входу операционного усилителя 11, ккоторому через резистор 13 подключен первый источник питания(фиг,4) или П+ (фиг.5), магнитодиод10 подключен между вторым источни- ЗО.ртирующим входом операционногоусилителя 11; общая точка питанияоперационного усилителя 11, первогои второго источников питания через 35резистор 14 подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя 11Магнитодиод 10 закреплен на пластине, помещенной в магнитном поле шины 4 Она выходе преобразователя. При подаче на магнитодиод 10 напряжения впрямом направлении через него начинает протекать ток, величина которогозависит от величины поперечного магнитного поля, создаваемого шинойпреобразователя. В результате изменения тока преобразователя изменяется входное напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя 11 и, следовательно, напряжение на выходе операционного усилителя 11 П 8, , так как операционныйусилитель 11 работает в режимеусилителя. Величины напряжений Ц иУ и сопротивление 13 подбираютсятаким образом (фиг.4 и 5), чтобыобеспечить заданное изменениепри контроле тока преобразователя.Датчики тока (фиг.4 и 5) на выходе имеют аналоговый сигнал, что фсоответствует изменению опорноготока, показанному на фиг.2.Взамен магнитодиода могут бытьиспользованы и другие магнитоуправляемые полупроводниковые элементы, 65 н апример ма гни торез исторы или ма гнитотранзисторы,На Фиг.б и 7 представлен датчиктока 8, выполненный на магнитоуправляемых контактах с применением операционного усилителя,Выход операционного усилителяИ + 15 через резистор отрицательнойобратной связи И + 16 подключен кинвертирующему входу операционного усилителя И + 15, к которому через последовательно соединенный резистор 2 И + 16 и И магнитоуправляемых контактов 15 - И + 14 подключенисточник питания П, параллельно каждому И в , 1 магнитоуправляемому контакту 16 - И 14, подключен резистор И + 17 - 2 И + 15) неинвертирующий вход операционного усилителяИ15 через резистор 2 И + 17 подключен к общей точке питания операционного усилителя И + 15 и источника питания (Фиг,б).Г 1 агнитоуправляеме контакты15 - И + 14 и резисторы И + 172 И + 16 датчика тока могут быть также соединены следующим образом. Кинвертирующему входу операционногоусилителя И + 15 источник питания Цподключен через параллельно соединенные И цепей, каждая из которыхсодержит последовательно соединенныемагнитсуравляемяй контакт и резистор(фиг. 7) .Магнитоуправляемые кон такты 15И + 14 закреплены на пластине, помещенной в магнитномоле шины на выходе преобразователя. Пластина расположена под определенным углом ина определенном расстоянии; так какмагнитоуправляемые контакты расположены на различных расстояниях илипод различными углами к шине преобразователя, то они переключаютсяпри различных значениях тока на выхоле преобразователя, Например, припараллельном их располокении и наравном расстоянии друг от друга навыхоце датчика тока в зависимости оттока в нагрузке преобразователя физ -меняется напряжение, которое вызывает изменение опорного тока, показанное на фиг.3. Чем больше ток, протекающий по шине преобразователя,тем больше магнитное поле, им создаваемое, и тем большее число магнитоуправляемых контактов запекается.В результате величина сопротивленияв цеи инвертирующего входа операционного усилителя И + 15 меньше, авеличина входного напряжения больше,следовательно и больше выходное напряжение датчика тока П,Датчики тока (фиг.б и 7) на выходе имеют цифровой сигнал.Конструкция датчика тока показа-.на на Фиг.8, 9144942 Г 4 18 - пластина из диэлектрика с закрепленными на ней магнитодиодом или магцитоупранляемыми кон -тактами; 211 + 19 - нь 1 ходная шинапреобразователя; 2 И + 20 - шток издРэлектрик 3, 211 + 21 - кронштейн Е 5211 р+ 22 - 13(ртика 1 ьеа :текс шкафа преобразователя. ДатчРСК тока снабжен мехацизмом регулиронания угламежду пластиной 21(1 + 18 и выходнойшиной преоб 1)азоватетя 2(1 + 19; 1 О211 + 23 - вилка; 2 Г) + 24 - ку)ЕРЕса2;Ч + 25 - фиксатор; 21(1 + 26 - держатель; 211 + 27 - стакан, 11 а кулисепоказаны метки, по которым можносудить об угле между ГЕ)ОтсеОЙ 152 М + 18 и шиной 2 М + 19. фиксатор211 + 25 обеспечивает креплениепластицы 211 + 18 под заданным углом, Стакан 211 + 27 имеет возможЕОС 1 Ь ПЕГ)ЕЕОС(саТЕСГ ПО СТОКИ 214 Е 20 рПОЗ ОПСОТ ИЗМЕНЯТ Г):РССТО 5 цЕмежду шо: 211 + 19 Р ма:, Стоупран -ЛЯЕМЫМИ ЭЛЕМЕЦтаМИ ПРИ ЦЕИ:МЕтОМугле между шиной 211 4. 19 к Ееласткной 211 + 18, 25На фиг. 9 прец(."танлен блок задания устанки 9, выполненный на операционном усилителе,Выход операцконцо о усилктеля211 + 28 через параллельнооединен -ные резистор отрицательной обратнойсвязи 2)3 + 29 и стабилитрон цепиогранкчееия 214 + 34 соединен с инвертируюшим входом операционного усилителя 2 М 4. 28, инвертирующий вход211 + 28 через резистор 211 + 30 подключен к выходу датчика тока (1)вт)рнеицвертирующий вход операционногоусилителя 2 М + 28 через Оезистор2 Б + 31 подключен к подвижному контакту переменного резистора 214 + 32,4 Она который подается напряжение сме -щения 1). ; общая точка питания операционного усилителя 211 + 28 черезрезистор 211 + 33 подключена к неинвертирующему входу операционного 45усилителя 211 + 28 Операциоеный усилитель 211 + 28 работает в режиме сумматора с ограничением выходного сигцапа. 11 а иннер О ТИРУЮШй 1)ХОД ПОСТУ ПЙЕТ сигеал 11 е), пропорцРЕОРГаленый 15 с датика тОка, на неиннертирующий вход поступает напряжееие смещения, пропорциональное величине тока а 1. ".тР сигеалы уммкруотся операционным усилителем 21 Е + 28 и на нь 1 ходе напря)(ение П ЕС пропорционально Опорному .оку 1( При достижении 1),-с,с, величины больше значения соответствующего 1 ) происходит его ограничение стабилитроном 211 + 34.Предложенное устройство для защиты преобразователя, сохраняя положительные свойства известного устройства Э аЩИТЫВЫСОКИЕ Е с)ДЕжНО.Т: И ОЫСТРО6." дейсгние, пр)стота в Об )ужианки и дру Ие) позволяет существенно сн и:ит ь ГО 1 ери мОЩн Ости р О(Оби О для тех преобразователей,. у которых СРЕДНИЙ тОК На НЫХОДЕ МЕНЫ;,т ТОКа срабатывания защиты. Применение уст - ройства Гоз нолет повысить К 11 С электроустановки в целом.1 спользонание магнктоуправляемых элементов в датчике тока пс: ноляет осуществлять коцтроль тока преоб.а - ЗанатЕЛя бЕЗ раэрЫВа СИ)Оной СЕИ К ПОтЕНЦИаЛЬНО РаЗВЯЗЫНатв ЦЕПК Зс) - ЩИты И (И)тОРЕГОНЕ ЦЕГГс, а таКжЕ Нов нысить безопасность обслуживания преобразователей.11 сюльзованке Операционных усЯв теней дл 5 блока задания устави и в Дстчик(3 тока ОбесГечинает мс 1, т;со 1- р(3 тб 1 ЕНЭ)С(К 1 ООЗЕр 1 )т, б ОКЕ Рт . -н(:бо.свши массо- абаристнвте Затсии И ОбладаЮТ ВСЕМИ ПОЛ жСЕЛЕсЕ" МИ :, БОИ СТ НаМР р С 11 ИСРССИ МИС(Х(тсМ.Е) О рму) ( и 3 О б 13 е т е и Р р1, устрОЙ стээ Дл 5 3 ащиты Гре 001)с зо нател Я, содержащее обратно н кю 4 ес 4 - НЫЙ ДИОД, ГЕОДСО(ДСНЕЦНЫЙ сНОДССК одной из клемм для подклк)ения ав груз ки, вторая клемма для подключени которой подсоедкцена с помощью общей шины к одной из выходных клемм преобразователя, цепь из последовательно соедкненньх источника с"орО - гО н апРЯжени Я р ДРОссе 11 Я и т.Рк:3 (РС 4 О го ключа с ГСри Р у ДРтельеой комму такей, ССодключеую соответственно Р: катоду и аноду диода, к блок управления истоником Отюрного напряжения, вы - ход которого подсоединен к управляющему входу источника, о т л и и аю щ е е с я тем, то, с целью сн; - жения потерь мОГности, оно снабжено блохом задания уставки и датчк;Ом тока, подсоедкненным своими входами ко втОрОй выхоДнОЙ клем)1 е пРеобРст - зователя и к катоду диода, а выход датчика тока подключен ерез блок задания уставки ко входу блока уп.анления ксточникОм Опореого н апР)яжеи я .2. Устройство по П.1, о т л и 1 а. ю щ е е с я тем, что в нем дат Гик тОКа НГО)НЕЕ Н 1 ОСОВЕ ЗаКр)П.1 ЕНОс ДРЭ)ПЕКТрРЧЕСКОЙ Плас:Ит(Е МсГНК- годиода с посл(:доватеньно сс(диненнытм первым резистором и Операционного усилителя, иннерткрующий вхсд кстсрогс подсоединен к катоду магнитодиО 1;а и т)СРЕЗ ВТОРСЙ РЕЗИ:тОР - К Е 1 О ВЫХОДУ р а НЕИН БЕРТИ)УЮЩИР 1 л(; С У СЕС- лит(.ля:Еодсоединен через: С,етяк ре- ;СстоР к Обшей внне р:СРичем анод Мс 1 итсдКОда СОЕДИНН, КЛ(.ММОИ ЛЛСО)1 КСЮ)Ч(асР(я т(.ТСИка пит сС):.Я И ЕСЕ ";ВЯЗ 3 тСЙ С Мта.К (СЕИ.)Д" С;ТО 1), н с)31, тер )от: " .И .Г г, .",Снклеммой для подсоединения источникасмещения.3, Устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что датчиктока выполнен на основе закрепленной на диэлектрической пластине 5цепи иэ И последовательно соединенных магнитоуправляемых контактов,вход которой подсоединен к клеммедля подключения источника тока ивыход подсоединен через первый резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, подсоединенному через второй резистор к выходуусилителя, неинвертирующий вход которого через третий резистор подсоединен и общей шине, причем параллельно каждому магнитоуправляемому контакту, начиная со второго подсоединен резистор,4. Устройство по п,3, о т и ич а ю щ е е с я тем, что, магнитоуправляемые контакты подсоединеныодними выводами к клемме для подключения источника тока и вторыми - кпервым выводам резисторов, вторые1.выводы которых подсоединены к инвертирующему входу операционногоусилителя, Источники информации принят е во внимание при экспертизе5, Устройство попп.1,2,3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в нем пластина с магнитоуправляемми контак тами закреплена на штоке из диэлектрика, снабженном механизмом регулирования угла.6. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в нем блок задания уставки выполнен на операционном усилителе, инвертирующий вход которого подсоединен через первый оезистор к входной клемме и через цепь из параллельно соединенных второго резистора и стабилитрона к его выходу, а неинвертирующий вход усилителя подсоединен через третий резистор к общей шине и через четвертый резистор - к движку пятого переменного резистора, выходы которого подсоединены к клеммам для под. ключения источников питания,